Rung-Hutan

       La station expérimentale de Paracou est l'un des sites phares de la recherche menée au campus. Cette station proche de la ville de Sinnamary est suivie depuis près de 30 ans dans le cadre des projets Guyaflux et Guyafor.

       Guyaflux est le nom du dispositif de recherche mesurant les flux divers à l'échelle du peuplement forestier, de la même façon que pour le projet Eucflux que j'avais découvert au Brésil.

Une espèce d'aracée qui émet une unique feuille chaque année, si la saison est trop peu favorable elle attend sous la terre sous forme de tubercule.

       Le projet Guyafor quant à lui étudie les dynamiques forestières et de biodiversité sur différents sites en Guyane et notamment à Paracou. Les placettes du réseau ont été initialement décrites en y relevant la topographie, la nature des sols et la localisation exacte. Depuis plus de 10 ans sont effectués des inventaires réguliers: on identifie les arbres (par leur famille botanique ou au moins leur nom vernaculaire), on les numérote et les cartographie et on en mesure le diamètre à 1m30. Cette mesure permet de calculer la surface terrière d'une placette: il s'agit de la surface totale des troncs à 1m30 de hauteur. Enfin la pluviométrie est mesurée en permanence.

       Cet ensemble de mesures permet de comprendre comment s'organise et évolue la forêt en fonction de l'environnement. Pour estimer les dynamiques forestières on regarde la quantité de biomasse aérienne vivante, les taux de régénération, de croissance et de mortalité et leur modulation en fonction du climat ainsi que des cycles des éléments chimiques.

       A Paracou en particulier on étudie l'impact de différents types de gestion forestière: les placettes ont subi au départ une simple coupe d'arbres pour la production de bois d'oeuvre ou une coupe similaire et une éclaircie pour produire du charbon de bois. Ces deux traitements sont comparés à un témoin, sans intervention: le suivi des placettes permet de réfléchir à de meilleurs modes de gestion de la forêt tropicale et de son exploitation.

       Une autre matières phares de mon master est l'Ecologie Théorique, il s'agit de mesurer et formaliser par des équations les dynamiques des populations et des communautés auxquelles elles appartiennent. Une communauté est un ensemble d'espèces dans un environnement donné. L'écologie théorique correspond d'abord à l'observation de ces communauté puis à l'explication des processus à l'origine de ces observations. Pour cela on prend en compte les interactions entre individus et vis à vis de l'environnement.

       La première partie de notre cours portait sur les interactions entre individus: compétition pour les ressources, influence des prédateurs sur les proies, effets de l'herbivorie et stratégies de réponse des plantes... L'idée est d'écrire les équations régissant les dynamiques des populations les unes par rapport aux autres. Chaque fois qu'une interaction supplémentaire s'avère pertinente (compétition, prédation, dépression de consanguinité, arrivée de nouvelles espèces etc.) on ajoute un terme à ces équations. En modélisant ces dynamiques par ordinateur on obtient un graphique représentant l'évolution des populations les unes par rapport aux autres.

Graphes représentant les tailles de populations de proies (axe x) en fonction de celles des prédateurs (axe y) puis au cours du temps. Les deux sont corrélées, et évoluent symétriquement de façon cyclique. 

Ici on ne prend pas en compte la compétition entre individus d'une même espèce ni la périclitation lorsque la population est trop petite.

Les graphiques sont issus du cours de Bruno Herault, professeur d'écologie théorique

      En plus des dynamiques de population on étudie la structuration des communautés en modélisant les relations de dominance entre espèces. Selon les ressources disponibles dans l'environnement on aura donc différentes "structures". On pose parfois l'hypothèse que si les ressources sont limitées on a des espèces très dominantes et quelques espèces rares à peu d'individus; alors que si une ressource est bien disponible et répartie au hasard entre les individus on a peu de dominance et de nombreuses populations d'espèces de tailles similaires qui cohabitent.

       Enfin, cela nous permet ensuite de réfléchir au rôle des caractéristiques biologiques des espèces sur les dynamiques et la structure de la communauté ou encore aux paramètres de l'environnement qui conditionnent ces dynamiques et ces réponses.

Un Jacamar dans les marais Yiyi, près de Sinnamary

Photo prise par Elodie Guilhot: photographe officielle de notre coloc!

       Comme je l'avais présenté dans un précédent article nous avons travaillé tout au long du semestre sur la morphologie des feuilles d'arbres. Le but était d'une part de savoir comment sont reliées les caractéristiques d'une feuille: évaluer par exemple la corrélation entre surface foliaire et diamètre du pétiole, petite tige reliant le tronc et le limbe, la partie plate de la feuille. La feuille est souvent assimilée au limbe mais elle inclut en réalité aussi le pétiole.

Collecte de masures sur GA09, le petit nom de notre premier individu.

Le photo est prise par nos collègues, Julie et Hélène, sur la piste de Saint Elie à l'Ouest de Kourou.

       Dans un second temps nous avons cherché à savoir si la forme, la chimie ou le fonctionnement des feuilles variaient au cours de la vie de la feuille ou de l'arbre entier. 

       On constate facilement que sur un même arbre les feuilles n'ont pas toutes la même allure ni le même rôle (elles photosynthétisent plus ou moins, leur taille et leur épaisseur varient beaucoup...). Notre hypothèse est que ces différences seront dues au vieillissement de la feuille, qui de "juvénile" deviendrait "mature" avant d'entrée en phase de "sénescence" (vieillissement). En plus de ces variations à l'échelle de la feuille, on suppose qu'il existe des variations au cours de la vie de l'arbre : on imagine cela très bien en comparant les feuilles d'un jeune arbre avec celles d'un adulte adulte (les feuilles seraient d'un vert plus clair, moins épaisses...).

       Pour savoir si ces variations à l'échelle de l'individu ou au cours de sa vie sont significatives on crée un modèle reliant une mesure morphologique à l'âge de l'arbre et on teste la validité de ce modèle grâce à des calculs statistiques. Prenons par exemple le modèle : "surface du limbe" =46 + 3 x ''âge de la feuille". Si le modèle est validé on peut dire qu'il y a effectivement un effet de l'âge sur la valeur de la surface foliaire. Pour valider un modèle l'écart entre nos mesures réelles et celles calculées par le  modèle doit être suffisamment faible.

       Bien entendu j'évoque un effet de l'âge de la feuille ou de l'âge de l'arbre... mais ce serait trop simple. Comment être certain que c'est bien le vieillissement responsable des variations ? Pour répondre à cette question on fait le même modèle mais on remplace l'âge par la hauteur de la feuille ou de l'arbre. Si le calcul du modèle présente un écart plus faible avec la mesure alors la hauteur est un meilleur paramètre pour expliquer la variation observée sur les feuilles.

      On entend souvent parler de biodiversité, de diversité des milieux etc mais on parle peu des calculs de cette biodiversité et des incertitudes sous-jacentes. La biodiversité telle que je l'étudie cette année correspond à la diversité des espèces végétales et animales dans une communauté (=ensemble d'individus). On prend en compte le nombre d'espèces mais aussi leur équitabilité: cette grandeur correspond à l’homogénéité des tailles de populations présentes. Un environnement sera plus divers si les espèces ont à peu près le même nombre d'individus que si une ou deux sont très dominantes et les autres particulièrement rares.

Illustration, d'après le cours de Eric Marcon, enseignant chercheur au campus:

Quelle serait la communauté la plus diverse? Le haut illustre l'importance du nombre S d'espèces et en bas leur équitabilité

       Une façon simple calculer la biodiversité est donc de compter le nombre d'espèces présentes, mais pour prendre en compte l'équitabilité du milieu on passe par des indices sommant les fréquences de chaque espèce. Pour une diversité maximale on aura donc toutes les espèces de fréquences égales, ayant donc le même nombre d'individus.

       Un autre problème se pose en pratique: le biais d'échantillonnage. Lorsque l'on réalise un inventaire sur un milieu on ne peut être sûr à 100% d'avoir rencontré et comptabilisé toutes les espèces présentes. Une correction est donc généralement appliquées à nos indices de biodiversité de façon à extrapoler les résultats expérimentaux et estimer un nombre d'espèces réel.

       Enfin, une subtilité de plus peut être ajoutée: la différence entre les espèces. Intuitivement on pense bien qu'une population avec 100 espèces de papillons sera moins diverse qu'une population de jungle tropicale où rencontre des papillons, des fourmis, des piranhas, des ibis ou des colibris et parfois des éléphants... Pour prendre en compte cette distance phylogénétique entre les espèces on reprend nos indices précédents en les pondérant par une valeur de dissimilarités entre individus. Visuellement, cette distance est la longueur des branches de l'arbre phylogénétique qui relient deux espèces: plus elle es grande, plus les espèces sont différentes.

Exemple d'arbre phylogénétique, trouvé sur wikipédia, 

Chaque fois qu'une caractéristique différente apparaître entre deux individus, il y a séparation de l'arbre en deux "branches"

       Les mesures de la biodiversités sont des outils mathématiques puissants et complexes, souvent remis en questions et modifiés. Chacun possède des caractéristiques qui répondent plus ou moins bien à la question initiale: il faut donc bien les choisir et rester attentif dans leur interprétation.

       Durant mon semestre à Kourou j'étudie et loge sur le campus agronomique de l'Unité Mixte de Recherche (UMR) EcoFoG (pour Ecologie des Forêts Tropicales de Guyane). Le principe d'une UMR est de rassembler plusieurs organismes de recherche qui étudient un sujet commun: à Kourou travaillent des chercheurs du Cirad, de l'Inra, du Cnrs et de l'AgroParisTech.

       Les recherches menées au centre portent sur l'écologie tropicale et la science des matériaux: est étudié d'une part le fonctionnement des forêts tropicales et l'impact du changement climatique et des activités humaines et d'autre part la valorisation des ressources forestière compte tenu des contraintes de milieu tropical.

     Les recherches sont divisées en plusieurs groupes: modélisation, génétique, botanique, entomologie... mais les chercheurs se croisent souvent sur le terrain et leurs sujets peuvent se recouper. Certains sites expérimentaux, Paracou par exemple (placettes de forêt tropicale suivies depuis maintenant 12 ans), ou certaines missions en forêt comme aux Nouragues (une grande réserve au Sud de la Guyane, seulement accessible en hélicoptère) sont partagées et organisées par plusieurs chercheurs et secteurs de recherche.

       La Guyane est en France LE lieu d'étude de la forêt tropicale, même à l'échelle globale le centre de Kourou est assez reconnu. Pour aller y faire un tour c'est  ici

       Durant notre semestre d'étude à Kourou nous devons conduire un projet tutoré de trois mois dans le cadre d'un projet scientifique en cours sur le campus.

       Mon sujet porte sur Cecropia obtusa: cet arbre pionnier (=à croissance rapide et courte durée de vie) est très fréquent en bord de route ou dans les trouées forestières. La plupart du temps en forêt le facteur limitant la croissance des arbres est la lumière. Quand un grand arbre tombe (ce qui produit un chablis, une trouée dans la canopée) toutes les pousses et les graines qui végétaient dans son ombre vont croître le plus vite possible dans une "course à la lumière" vers le haut. Cecropia est l'un de ces arbres à croissance très rapide et dont l'étude est facile du fait de son accessibilité et de la simplicité de ses mécanismes de croissance.

Les fourmis azteca qui vivent dans le tronc creux des arbres,

apparemment inoffensives sauf quand on commence à débiter leur maison en rondelles!

       Ces arbres à croissance très rapide ont souvent un rythme de croissance, de branchaison et de floraison bien réglé et leur architecture reste assez simple et constante entre les individus.

      Cercropia est donc un sujet d'étude idéal, d'autant plus que son tronc creux abrite une intéressante symbiose: à l'aisselle des feuilles sont produites des boules de glycogènes dont se nourrissent les fourmis azteca qui habitent le tronc de l'arbre et le protègent contre les prédateurs.

En plus d'héberger les fourmis, Cecropia est l'arbre de prédilection des paresseux.

       Pour étudier l'architecture et les rythmes de croissance de Cecropia nous faisons depuis 1 mois une batterie de mesures sur quelques arbres coupés en forêt: longueur du tronc et des branches, angles d'inclinaison, diamètre du pétiole, poids et épaisseur des feuilles, teneur en chlorophylle...  Cela prend beaucoup de temps mais après on a de magnifiques représentations 3D de nos arbres. Suite au prochain article!